遠(yuǎn)能超聲波流量計(jì)應(yīng)用在城市污水處理廠：

為了改善日益嚴(yán)重的水污染狀況，許多城市建立了污水處理廠，污水處理率明顯提高，水環(huán)境逐漸好轉(zhuǎn)．隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速得到運(yùn)用。在生產(chǎn)過程中應(yīng)用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。數(shù)據(jù)采集就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號然后再作進(jìn)一步處理。

超聲波流量計(jì)是通過檢測流體流動對超聲脈沖作用以測量流量的儀表。它和電磁流量計(jì)一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬無障礙流量計(jì)，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計(jì)，特別在大口徑測量流量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，也是近年來發(fā)展迅速的流量計(jì)之一。

2 超聲波流量計(jì)原理

2.1 組成

非接觸式超聲波測量系統(tǒng)由兩部分組成：一個(gè)超聲波信號換能器和一個(gè)遠(yuǎn)距安裝的電子發(fā)收器。換能器不斷發(fā)射一系列的超聲波并接收自被檢測的液體或固體表面返回的反射回波。發(fā)射器中的微處理器將信號作進(jìn)一步處理，并將數(shù)據(jù)作為LCD數(shù)字顯示。

（1）聲波是機(jī)械波的一種，頻率超過2×10⁴ Hz的聲波為人耳所聽不到的超聲波頻率。它的波長L、頻率f與速度c的關(guān)系為

L=c/f

（2）超聲波的反射和折射

當(dāng)聲波傳播至兩介質(zhì)的分界面，一部分能重返原介質(zhì)，稱為反射波，另一部分能量透過介質(zhì)面到另一介質(zhì)面內(nèi)繼續(xù)傳播，稱為折射波。

反射定律：Sina/ Sina'＝＝C₁/C₂

式中，入射角a，入射波速C₁，反射角a'，反射波速C₂。

折射定律：SINa/ SINb＝＝C₁/C₂

式中， 入射角a，折射角b ， C₁為*介質(zhì)波速， C₂為第二介質(zhì)波速。

2.2 超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)

超聲波的顯著特征是頻率高，因而波長短、繞射現(xiàn)象小、方向性好。能夠稱為射線而定向傳播。在液體、固體中衰減小、穿透本領(lǐng)大，遇到雜質(zhì)或分界面就會有顯著的反射。超聲波傳感器就是利用超聲波的這些顯著特征在許多科學(xué)領(lǐng)域即工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。

2.3 超聲波換能器

超聲波換能器又稱超聲波探頭，它是實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種器件，在超聲波檢測技術(shù)中，把超聲波發(fā)射出去再接收回來變換成電信號的儀器裝置，就是超聲波換能器，即探頭．用于檢測的超聲波換能器有多種，如壓電型、磁致伸縮型、電磁型、振板型、彈性表面波型等等。檢測技術(shù)中，主要采用的是壓電型。

2.4 優(yōu)缺點(diǎn)簡析

優(yōu)點(diǎn)：

◆可做非接觸式測量； 
◆為無流動阻撓測量，無壓力損失； 
◆可測量非導(dǎo)電性液體，對無阻撓測量的電磁流量計(jì)是一種補(bǔ)充。 
◆超聲波流量級的zui大優(yōu)點(diǎn)就是無需切斷管道，即可作無阻撓流量測量，是真正不接觸介質(zhì)的流量儀表。

缺點(diǎn)：

◆傳播時(shí)間只能用于清潔液體和氣體；而多普勒法只能用于測量含有定量懸浮顆粒和氣泡的液體； 
◆多普勒法測量精度不高。

3 應(yīng)用

超聲波測量是一種通過測定物位來測量容器儲量的方法。超聲波傳感器自上向物料表面發(fā)送超聲波脈沖，接收從表面反射回來的回波。它測定超聲波的傳播時(shí)間，并推算出與反射表面的距離。

傳播時(shí)間是超聲波傳感器與物位之間距離的直觀量綱。聲波的傳播距離是傳播時(shí)間和聲速的的乘積。如果已知超聲波傳感器的位置，那末就能換算出物位（以及儲量）。空氣中的聲速變化范圍很大，因此，聲波傳感器需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，如果用于空氣以外的其他氣體，就應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定。

3.1 測量流量

在污水處理廠的流量測量儀表中，按照安裝形式分類只有兩種形式的流量計(jì)：管道式和明渠式。

明渠式超聲波流量計(jì)是一種在污水處理廠應(yīng)用很廣泛的流量計(jì)。因此我們在這里僅就明渠式流量計(jì)簡單說明一下，在明渠中液體的流量與槽上某處的液位具有確定的關(guān)系，即：

Q＝Kbhm

式中，Q為流量，K為流量系數(shù)，b為堰口寬度，h為液位高度 ，m為指數(shù)。

對于一定形狀的水槽，其中k、b、m 的值是一定的，因此只要測量到液位h就可以計(jì)算出流量。由此可見，用于明渠流量計(jì)量的超聲波流量計(jì)實(shí)際上是測量液位。

3.2 測量液位

超聲波液位計(jì)由于屬于非接觸測量，度高，維護(hù)量較小，因此在污水處理廠得到了廣泛的應(yīng)用。

超聲波液位計(jì)測量的工作原理

由圖1可見，將超聲波發(fā)送器/接收器置于液體上方，超聲波向下發(fā)射，穿過空氣介質(zhì)，在遇到水面時(shí)被反射回來，被接收器所接收。由超聲波在介質(zhì)中傳播的原理可知，若介質(zhì)壓力、溫度、密度、濕度等條件一定，則超聲波在該介質(zhì)中的傳播速度是一個(gè)常數(shù)。因此，當(dāng)測出超聲波由發(fā)射到遇液面反射被接收所需要的時(shí)間，則可換出超聲波通過的路程，即得到了液位的數(shù)據(jù)。